计算机组成原理平时作业
（1）CPU包括哪几个工作周期？每个工作周期访存的作用是什么。
答：CPU包括4个工作周期：取指、间址、执行、中断。
作用：
同步通信和异步通信的区别取指周期作用：取出指令并将其放在IR寄存器中。
间址周期作用：完成取操作数有效地址的任务。
执行周期作用：根据不同的指令完成不同的微操作。
中断周期作用：在执行周期结束后，CPU要查询是否有请求种断的事件发生，若有则转入中断周期。
（2）什么是指令周期、机器周期和时钟周期？
答：1.CPU每取出一条指令并执行这条指令，都要完成一系列的操作，这一系列操作所需的时间通常叫做一个指令周期。
2.指令周期常常用若干个CPU周期数来表示，CPU周期称为机器周期，又称为时钟周期。
（3）总线通信控制有几种方式，简要说明各自的特点。
答：按照总线仲裁电路位置的不同，可分为集中式仲裁和分布式仲裁两种。
特点：
1.集中式总线仲裁的控制逻辑基本集中在一处，需要中央仲裁器，分为链式查询方式、计数器定时查询方式、独立请
求方式。
2.分布式仲裁不需要中央仲裁器，每个潜在的主方功能模块都有自己的仲裁号和仲裁器。
（4）控制器中常采用哪些控制方式，各有何特点？
答：控制器中采用同步控制方式、异步控制方式和联合控制方式三种控制方式。
特点：
1.同步控制方式：在任何情况下，已定的指令在执行时所需的机器周期数和时钟周期数是固定不变的。根据不同情况，
同步控制方式可选取如下方案：
1>采用完全统一的机器周期执行各种不同的指令。
2>采用不定长机器周期。
3>中央控制与局部控制结合。
2.异步控制方式：每条指令、每个操作控制信号需要多少时间就占用多少时间。
3.联合控制方式：为同步控制和异步控制相结合的方式。一种情况是，大部分操作序列安排在固定的机器周期中，对
某些时间难以确定的操作则以执行部件的“回答”信号作为本次操作的结束。
（5）异步通信与同步通信的主要区别是什么？
答：1.同步通信要求接收端时钟频率和发送端时钟频率一致，发送端发送连续的比特流；异步通信时不要求接收端时钟和发送端时钟同步，发送端发送完一个字节后，可经过任意长的时间间隔再发送下一个字节。
2.同步通信效率高；异步通信效率较低。
3.同步通信较复杂，双方时钟的允许误差较小；异步通信简单，双方时钟可允许一定误差。
4.同步通信可用于点对多点；异步通信只适用于点对点。
（6）为什么外围设备要通过接口与CPU 相连？接口有哪些功能？
答：1.外围设备要通过接口与CPU相连的原因有：
1>一台机器通常配有堕胎外设，他们有各自的设备号(地址)，通过接口可以实现对设备的选择。
2>I/O设备种类多，速度不一，与CPU速度相差可能很大，通过接口可以实现数据缓冲，达到速度匹配。
3>I/O设备需将其工作状况及时报告给CPU，通过接口可以监控设备的工作状态，并保存状态信息，供CPU查询。
4>I/O设备的出/入电平可能与CPU的出/入电平不同，通过接口可以实现电平转换。
5>I/O设备可能串行传送数据，而CPU一般是并行传送，通过接口可以实现数据串并格式转换。
6>CPU启动I/O设备工作要向外设发送各种控制信号，通过接口可以传送控制指令。
2.接口功能有：选址功能、传送命令功能、传送数据功能和反映I/O设备工作状态功能。
（7）说明一次程序中断的全过程并简述中断隐指令及其功能。
答：1.一次程序中断的全过程如下：
1>保护断电，保存下一个将要执行的指令地址。
2>寻中断入口，根据5个不同的中断源所产生的中断，查5个不同的入口地址，并在这5个入口处存放着终端
处理程序。
3>执行中断处理程序。
4>执行完中断指令后，就从中断处返回主程序，继续执行。
3.中断隐指令及其功能：中断指令是在机器指令系统中没有的指令，它是CPU在中断周期中由硬件自动完成的一条指
令，其功能包括保护程序断点、寻中断程序的入口地址、关中断等功能。
（8）在DMA 方式中，CPU 和DMA 接口分时使用主存有几种方法？简要说明之.
答：在DMA方式中，CPU和DMA接口分时使用停止CPU访问内存、周期挪用、DMA与CPU交替访问三种方法。
1. 停止CPU访问内存：当外围设备要求传送一批数据时，由DMA控制器发一个停止信号给CPU，要求CPU放弃对
地址总线、数据总线和有关控制总线的使用权。DMA控制其获得总线控制权以后，开始进行数据传送。在一批数据
传送完毕后，DMA控制器通知CPU可以使用内存，并把总线控制权交还给CPU。
2. 周期挪用：在这种DMA传送方法中，当I/O设备没有DMA请求时，CPU按程序要求访问内存，一旦I/O设备有
DMA请求，则由I/O设备挪用一个或几个内存周期。
3. DMA与CPU交替访问: 适用于CPU的工作周期比内存的存储周期长很多的情况，此时采用交替访问内存的方法
可以使DMA传送和CPU同时发挥最高的效率。
（9）现代计算机系统如何进行多级划分？
答：现代计算机系统通常由5个以上不同的级组成，每一级都能进行程序设计：
1.第一级是微程序设计级或逻辑电路级。这是一个实在的硬件级，由硬件直接执行。
2.第二级是一般机器级，也称为机器语言级，它由微程序解释机器指令系统。这一级也是硬件级。
3.第三级是操作系统级，它由操作系统程序实现。这些操作系统由机器指令和广义指令组成，广义指令也是操作系统
定义和解释的软件指令，所以这一级也称为混合级。
4.第四级是汇编语言级，它给程序人员提供一种符号形式语言，以减少程序编写的复杂性。这一级由汇编程序支持和
执行。
5.第五级是高级语言级，他是面向用户的，为方便用户编写应用程序而设置的。这一级由各种高级语言编译程序支持
和执行。
（10）请简述主存和cache（高速缓存存储器）之间的映像方式中的组相联映像。
答：主存和cache之间的映射方式有全相联方式、直接方式和组相联方式三种。组相联方式映射是全相联方式、直接方式的折衷方案，它适度地兼顾了二者的优点，又尽量避免了二者的缺点，因此普遍被采用。将cache存储器中的256个行分为了4 路，每路有64个cache行。这时根据组索引到的 cache行不再是一个，而是同时到 4个 cache行，所以才被称为组索引。它的优点是块的冲突概率比较低，块的利用率大幅度提高，块失效率明显降低。缺点是实现难度和造价要比直接映象方式高。

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